鋼筋混凝土空心板梁橋加固維修效果分析

苑林棟

（唐縣交通運輸局公路站，河北 唐縣 072350）

0 引言

現(xiàn)役鋼筋混凝土空心板梁橋大多為老舊橋梁，因其運營時間較長，大多出現(xiàn)了不同程度的病害。為降低工程造價及不中斷交通，通常采取一些加固維修措施，對橋梁病害進行修補。因此，對橋梁加固維修設(shè)計效果的驗證顯得十分必要[1]。本文以某鋼筋混凝土空心板梁小橋為研究背景，結(jié)合橋梁具體病害特點，提出了加固維修設(shè)計方法，最后通過荷載試驗對加固維修效果進行驗證。

1 工程概況

某鋼筋混凝土空心板簡支梁橋，橋梁總長14.0m，跨徑組合：1×13m。橋面總寬為7.5m，橋面橫向布置為：0.25m（欄桿）+7.0m（機動車道）+0.25m（欄桿）。該橋主要結(jié)構(gòu)材料：上部結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土空心板梁混凝土強度等級為C40。下部結(jié)構(gòu)橋臺臺帽、橋墩蓋梁混凝土強度等級為C30。其設(shè)計荷載為：汽車-超20 級，掛車-120。因該橋自修建至今，使用年限較長，橋梁損傷情況較為嚴重。2019 年3 月，委托橋梁檢測機構(gòu)對其進行全面檢測，橋梁主要病害為：橋面混凝土破損嚴重、伸縮縫破損、鉸縫砂漿脫落，存在單板受力、梁底滲水、泛白、梁底大量橫向裂縫。最終評定為四類橋梁，需要進行大修或改造，同時采取必要的交通管制措施。該橋全景圖如圖1所示。

圖1 橋梁全景圖

2 加固維修處理措施

2.1 采用鋼纖維橋面鋪裝

采用C40 鋼纖維混凝土重新進行橋面鋪裝。鋪裝層采用Ф12mm 規(guī)格的鋼筋網(wǎng)，間距10cm×10cm。為使鋼筋網(wǎng)安裝定位準確，澆筑混凝土時鋼筋網(wǎng)不下沉，預(yù)先將鋼筋網(wǎng)主要支撐部位焊接支撐鋼筋，保證每平方米鋼筋網(wǎng)上有足夠的支撐鋼筋[2]。

2.2 更換原破損的伸縮縫

更換伸縮縫主要步驟為：開挖預(yù)留槽口→清理預(yù)留槽口→植埋鋼筋→安裝伸縮裝置→混凝土拌和→澆筑混凝土→養(yǎng)生→上橡膠條→修整邊緣→開放交通。

2.3 鉸縫病害維修處理

對鉸縫砂漿脫落處采用M50 環(huán)氧砂漿材料進行補強。當鉸縫病害嚴重時，可先植入鋼筋，然后澆筑C30膨脹型混凝土，同時在鉸縫內(nèi)填入楔形鋼板[3]。

2.4 梁底滲水、泛白處理

先對梁底滲水、泛白處進行打磨，直至露出新鮮的混凝土。然后清理新鮮混凝土表面，最后采用樹脂型輕質(zhì)砂漿或聚合物砂漿進行修補。

2.5 梁底破損及裂縫修補處理

對梁底破損部位進行剔鑿、清除，然后用環(huán)氧砂漿進行修補；對裂縫位置處，當裂縫寬度小于0.2mm時，可采用環(huán)氧樹脂進行涂抹封閉表面，當大于0.2mm時，可用混凝土裂縫膠進行灌縫封縫處置[4]。

2.6 采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對梁底進行加固

采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對梁底進行加固不僅能夠增大梁底的橫向聯(lián)系，而且可以有效處理空心板梁的單板受力問題?？v向預(yù)應(yīng)力碳纖維板能夠較好地起到封閉梁底橫向裂縫的作用，同時可以阻止裂縫的進一步發(fā)展[5]。本橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固時，每片空心板梁縱向設(shè)置一根碳纖維板，橫向設(shè)置6 根碳纖維板。預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固對主梁的破壞較小，加固后的橋梁不會影響橋梁的定期檢測。采用預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固的橋梁不會影響橋梁的再次加固，大幅降低了橋梁養(yǎng)護維修的造價[6]。

3 加固效果分析

為檢驗本橋的加固維修效果，驗證加固維修后是否達到預(yù)期效果，對該鋼筋混凝土空心板梁小橋進行靜力荷載試驗。通過靜載試驗，可驗證橋梁加固維修效果是否達到設(shè)計要求、了解加固后的橋梁實際受力工作狀態(tài)等[7]。本次橋梁靜載試驗主要測試各跨跨中截面的撓度及應(yīng)變，觀察空心板梁裂縫的發(fā)展趨勢與分布規(guī)律等。

3.1 加載工況

本次橋梁靜載試驗加載采用2 臺40t重的4 軸貨車進行加載，根據(jù)橋梁加固設(shè)計理論的需要，橋梁荷載試驗采用以下兩種工況進行。

（1）工況一（偏心加載工況）

本工況為偏心加載以跨中截面為加載控制截面，加載時分三級進行逐級加載，測試加載前后各主梁撓度及應(yīng)變測點的數(shù)值變化，同時觀察主梁裂縫的發(fā)展變化情況。工況一加載布置圖如圖2所示。

圖2 工況1加載車輛布置橫斷面示意圖 （單位：m）

（2）工況二（對稱加載工況）

本工況為對稱加載以橋梁跨中截面作為加載控制截面，該工況在加載時分兩級進行逐級加載，測試加載前后主梁各撓度及應(yīng)變測點數(shù)值變化，并觀察主梁裂縫發(fā)展變化情況。工況二加載布置圖如圖3所示。

圖3 工況2加載車輛布置橫斷面示意圖 （單位：m）

3.2 測點布置

在橫向跨中位置每片空心板梁底各布設(shè)1 個應(yīng)變片進行應(yīng)變數(shù)據(jù)的測試，同時在跨中位置每片空心板梁底各布設(shè)1 個撓度測點來測試橋梁撓度的數(shù)值變化[8]。應(yīng)變及撓度測點布設(shè)如圖4～5所示。

圖4 跨中截面撓度布置圖

圖5 跨中截面應(yīng)變布置圖

3.3 撓度測試結(jié)果分析

由表1、表2 和圖6、圖7 可知，該鋼筋混凝土空心板梁橋加固后，在各試驗工況荷載作用下，各主梁撓度變化呈線性變化規(guī)律，各板之間的撓度差值明顯減小，不存在單板受力情況。說明鋼筋混凝土空心板梁橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對梁底進行加固后，橫向聯(lián)系得到加強，各板受力較為均勻，極大地提高了橋梁的承載能力。各撓度測點撓度校驗系數(shù)在0.02～0.25 范圍內(nèi)，主梁的殘余變形均在20%以內(nèi)，說明結(jié)構(gòu)承載能力及剛度均滿足設(shè)計要求，達到了加固后的設(shè)計要求。

圖6 工況1各測點實測撓度與理論計算值對比圖

表2 工況2 各測點實測撓度與理論計算值對比表

圖7 工況2各測點實測撓度與理論計算值對比圖

3.4 應(yīng)變測試分析

工況1 各測點實測應(yīng)變與理論計算值對比見表3、圖8。

表3 工況1各測點實測應(yīng)變與理論計算值對比表

圖8 工況1各測點實測應(yīng)變與理論計算值對比圖

工況2 各測點實測應(yīng)變與理論計算值對比見表4、圖9。

表4 工況2各測點實測應(yīng)變與理論計算值對比表

圖9 工況2各測點實測應(yīng)變與理論計算值對比圖

由表3、表4 和圖8、圖9 可知，在工況一、工況二試驗荷載下，控制截面各測點的實測應(yīng)變變化規(guī)律均與理論計算值變化趨勢相同，且各測點應(yīng)變變化較為均勻。各實測應(yīng)變值均小于理論計算值，表明鋼筋混凝土空心板梁橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板對梁底加固效果較好，達到了加固設(shè)計要求。

3.5 裂縫觀測

本次試驗在各工況加載過程中對空心板梁進行了裂縫觀測，在各工況加載前后空心板梁均未出現(xiàn)新的裂縫。表明梁底縱橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固可有效抑制梁底裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，滿足加固設(shè)計要求。

4 結(jié)語

本文以某鋼筋混凝土空心板梁小橋加固維修設(shè)計為研究背景，通過橋梁靜載試驗對加固維修后的效果進行檢驗。研究結(jié)果表明：在各試驗荷載工況下，各測點實測撓度值均小于理論撓度計算值，且實測撓度變化規(guī)律與理論撓度變化規(guī)律接近；各測點實測應(yīng)變值均小于理論應(yīng)變計算值，且實測應(yīng)變變化規(guī)律與理論應(yīng)變變化規(guī)律接近。均表明鋼筋混凝土空心板梁橋采用縱、橫向預(yù)應(yīng)力碳纖維板加固，可極大地提高橋梁的承載能力，增大空心板梁之間的橫向聯(lián)系。最終證實了本次加固維修設(shè)計的效果，可為同類橋梁加固設(shè)計提供參考。